摻雜金紅石相TiO-,2-的第一性原理計算.pdf

1、傳統(tǒng)電子元件的信息載體都是電子電荷，電子的自旋沒有被利用。近些年來，半導體自旋電子學的研究表明，稀磁半導體（DMS）能夠同時利用電子的電荷和自旋來進行信息的處理和存儲。但目前的關鍵問題是自旋極化電子注入到半導體材料中的效率很低，這就需要尋找高自旋極化度的磁性材料。半金屬（half-metallic）鐵磁體有著較高的居里溫度和接近100％的高自旋極化率，因此，它無疑將會成為理想的半導體自旋電子注入源。TiO2基稀磁半導體以其優(yōu)異的穩(wěn)定性和

2、磁學性質已經成為研究的熱點。 本文的目的是借助計算機模擬了解過渡金屬雜質原子的摻雜位置對金紅石相TiO2結構穩(wěn)定性及其電子結構的影響。我們的工作是利用基于密度泛函理論（DFT）的平面波贗勢方法研究雜質原子的位置對V、Cr摻雜的金紅石相TiO2穩(wěn)定性和電子結構的影響，并且討論了Mn.Fe和Co delta摻雜TiO2的電子結構和磁學性質。 對于Ti6M2O16（M=V、Cr），我們的計算發(fā)現自旋向上的電子能帶是金屬性的，而

3、向下自旋的電子能帶在費米面附近有一個明顯的帶隙，并且它的總磁矩等于或接近于整數的，有室溫鐵磁性；雜質原子距離比較近的兩種構型的體系總能量最低，并且比較接近，這主要是由于John-Teller效應和p-d雜化的作用。Mn delta摻雜TiO2的基態(tài)為反鐵磁性的，而Fe、Co delta摻雜時為鐵磁基態(tài)；Co delta摻雜TiO2不存在反鐵磁態(tài)，其順磁態(tài)能量跟鐵磁態(tài)能量差說明其具有室溫鐵磁態(tài)。Fe delta摻雜TiO2具有室溫鐵磁性，